一种抗氧化涂层、析出强化型高温合金及其制备方法技术

一种抗氧化涂层、析出强化型高温合金及其制备方法，属于高温合金技术领域，克服现有技术中的析出强化型高温合金表面涂层均匀和致密性差、涂层防护功能差的缺陷。本发明专利技术抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1、采用前驱体盐、添加剂和溶剂制备锆酸钆溶胶；所述前驱体盐包括钆盐和锆盐；步骤2、将锆酸钆溶胶涂覆成层状；步骤3、烘干去除溶剂，形成凝胶涂层；步骤4、热处理形成抗氧化涂层。热处理形成抗氧化涂层。热处理形成抗氧化涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种抗氧化涂层、析出强化型高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于高温合金
，具体涉及一种抗氧化涂层、析出强化型高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]提高燃煤发电的运行温度和压力，不仅可以显著提高机组热效率，而且可以减少温室气体排放和燃料消耗。自20世纪末开始，世界各国相继提出了先进超超临界(A
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USC)技术并投入大量人力、物力用于相关研究，其目标为燃煤机组的主蒸汽温度和再热蒸汽温度分别提升到700℃、720℃，蒸气压力提升到35～40MPa，供电效率提升至50％以上。高参数机组的运行同时对锅炉关键部件如过热器和再热器管材的多种特性也提出了极高的要求，比如冷热加工性能、长期组织稳定性、高温持久蠕变性能、抗氧化腐蚀性能等。固溶强化型高温合金往往存在成本高和组织稳定性差的问题，因此目前超超临界机组的候选合金主要采用析出强化方式。
[0003]由于析出强化型高温合金在高温应力条件下容易氧化，导致组织受损、力学性能下降，为了更好的满足其在超超临界机组中的服役需求，可以通过在合金中添加抗氧化腐蚀元素如Cr或者对合金表面进行改性两种途径来对对合金进行高温氧化防护。在合金成分设计时，Cr元素含量达到15％以上时有利于在合金表面形成连续、均匀且致密的Cr2O3氧化膜，减少氧元素的进一步扩散，从而达到抗氧化腐蚀的作用。但是Cr元素含量高会引起富Cr的针状α相析出，消耗基体的固溶强化元素并引起力学性能退化。相对比的，运用在合金表面制备抗氧化涂层的方式对合金进行防护，可使得合金基体的性能不受影响，在保留基体性能的前提下实现对合金进一步的抗氧化防护。
[0004]目前，镍基或者镍铁基合金的表面防护虽然取得了一定进展，但大部分研究中均采用将粉体借助于粘结剂混合成涂料，并烧结在合金表面的方法，该过程中固体粉体的含量较高，一般大于50％，固体粉料质量分数高，溶剂含量低，粘结剂与溶剂和固体涂料无法实现化学相容，仅仅是普通的物理混合，难以形成均匀稳定的涂料体系，导致最终获得的涂层均匀和致密性差，进而影响涂层的防护功能。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的析出强化型高温合金表面涂层均匀和致密性差、涂层防护功能差的缺陷，从而提供一种抗氧化涂层、析出强化型高温合金及其制备方法。
[0006]为此，本专利技术提供了以下技术方案。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、采用前驱体盐、添加剂和溶剂制备锆酸钆溶胶；所述前驱体盐包括钆盐和锆盐；
[0009]步骤2、将锆酸钆溶胶涂覆成层状；
[0010]步骤3、烘干去除溶剂，形成凝胶涂层；
[0011]步骤4、热处理形成抗氧化涂层。
[0012]进一步的，所述步骤1满足条件(1)
‑
(4)中的至少一项：
[0013](1)所述锆盐包括正丁醇锆、乙酰丙酮锆中的至少一种；
[0014](2)所述钆盐为醋酸钆；
[0015](3)所述添加剂包括丙酸、苯甲酰丙酮、丙烯酸、乙酰丙酮中的至少一种；
[0016](4)所述溶剂为甲醇。
[0017]进一步的，所述步骤1包括：分别制备钆溶液和锆溶液，以钆：锆原子摩尔比1：1将钆溶液和锆溶液混合，形成锆酸钆溶胶。
[0018]进一步的，钆溶液的制备包括：将钆盐和添加剂A依次加入溶剂中，室温下搅拌使其完全溶解，形成钆溶液；
[0019]锆溶液的制备包括：将锆盐和添加剂B依次加入溶剂中，室温下搅拌使其完全溶解，形成钆溶液；
[0020]优选地，钆盐：添加剂A：溶剂的摩尔比为1:(1～4):(20～50)；
[0021]优选地，锆盐：添加剂B：溶剂的摩尔比为1:(1～4):(20～50)。
[0022]进一步的，所述步骤3中，烘干条件为：80～120℃干燥30～50min。
[0023]进一步的，所述步骤4中，热处理条件为：在还原性气氛中，先在250～350℃下保温20～60min，再在800℃～900℃，保温1h～2h。
[0024]进一步的，热处理时的升温速率为15～20℃/min；
[0025]还原性气氛为Ar和H2的混合气体，Ar气流量为2～3L/min，H2气流量为0.16～0.24L/min。
[0026]第二方面，本专利技术提供了一种抗氧化涂层。
[0027]第三方面，本专利技术提供了一种析出强化型高温合金，包括基体和设置在所述基体上的抗氧化涂层；
[0028]所述步骤2中，将锆酸钆溶胶涂覆在基体上；
[0029]优选地，所述基体为镍基高温合金或镍铁基高温合金。
[0030]第四方面，本专利技术提供了一种析出强化型高温合金的制备方法，在基体上涂覆锆酸钆溶胶前，对所述基体进行抛光和超声清洗；具体的，所述抛光为机械抛光；所述超声清洗依次在丙酮和无水甲醇中进行。
[0031]在一个具体实施例中，钆盐为醋酸钆、添加剂A为丙酸、溶剂为无水甲醇。
[0032]在一个具体实施例中，锆盐为乙酰丙酮锆、添加剂B为丙烯酸、溶剂为无水甲醇。
[0033]所述抗氧化涂层的厚度为1～2um。
[0034]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0035]1.本专利技术提供的抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1、采用前驱体盐、添加剂和溶剂制备锆酸钆溶胶；所述前驱体盐包括钆盐和锆盐；步骤2、将锆酸钆溶胶涂覆成层状；步骤3、烘干去除溶剂，形成凝胶涂层；步骤4、热处理形成抗氧化涂层。
[0036]Gd2Zr2O7具有优异的元素阻隔能力，氧扩散系数小，在高温环境中是一种理想的氧元素阻隔材料。本专利技术采用起始原料的金属前躯体盐，并借助于具有助溶和螯合作用的添加剂溶解于溶剂中，发生水解和缩聚反应，形成具有丁达尔效应的稳定、透明的溶胶体系，
该溶胶中前躯体盐的分散和均匀性较普通涂料有大幅度提高，烘干后，溶胶失去流动性，形成具有三维网络结构的凝胶。并通过高温处理最终可形成致密均匀的涂层。
[0037]2.本专利技术提供的抗氧化涂层的制备方法中，锆盐为有机锆盐，稳定性好，不易水解，本专利技术采用甲醇为溶剂，有机锆盐的使用以及添加剂的作用，可使得溶胶具有长时期的稳定性。
[0038]本专利技术采用醋酸钆为原料，醋酸盐与其他成分可形成分子间交联结构，甲醇溶剂去质子化后，基团OCH3‑
中氧原子孤对电子所占据的轨道可与Gd中心离子的空轨道相互重叠形成一种具有烷氧基性质的络合物[Gd(OAC)3(OCH3)2]2+
。络合物之间通过氢键形式的分子间相互作用可形成大分子有机交联结构，使溶胶稳定性提高。
[0039]3.本专利技术提供的抗氧化涂层的制备方法中，热处理条件为：在还原性气氛中，先在250～350℃下保温20～60min，再在800℃～900℃，保温1h～2h。对锆酸钆材料的热重分析中，普遍研究结果显示在300℃附近热重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用前驱体盐、添加剂和溶剂制备锆酸钆溶胶；所述前驱体盐包括钆盐和锆盐；步骤2、将锆酸钆溶胶涂覆成层状；步骤3、烘干去除溶剂，形成凝胶涂层；步骤4、热处理形成抗氧化涂层。2.根据权利要求1所述的抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1满足条件(1)
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(4)中的至少一项：(1)所述锆盐包括正丁醇锆、乙酰丙酮锆中的至少一种；(2)所述钆盐为醋酸钆；(3)所述添加剂包括丙酸、苯甲酰丙酮、丙烯酸、乙酰丙酮中的至少一种；(4)所述溶剂为甲醇。3.根据权利要求1所述的抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：分别制备钆溶液和锆溶液，以钆：锆原子摩尔比1：1将钆溶液和锆溶液混合，形成锆酸钆溶胶。4.根据权利要求3所述的抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，钆溶液的制备包括：将钆盐和添加剂A依次加入溶剂中，室温下搅拌使其完全溶解，形成钆溶液；锆溶液的制备包括：将锆盐和添加剂B依次加入溶剂中，室温下搅拌使其完全溶解，形成钆溶液；优选地，钆盐：添加剂A：溶剂的摩尔比为1:(1～4):(20～50)；优选地，锆盐：添加剂B：溶剂的摩尔比为1:(1～4):(20～50)。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李力敏，袁勇，严靖博，党莹樱，尹宏飞，杨珍，周永莉，李来春，熊伟，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司华能浙江能源开发有限公司玉环分公司，
类型：发明
国别省市：